Nauka, která se zabývá buňkou, se nazývá cytologie.
Historie:
Buněčnou stavbu u rostlin poprvé v roce 1665 pozoroval anglický přírodovědec Robert Hooke na příčném
řezu korkem. Buňka (z lat. cellulae = buňka,
komůrka); termín cellula pochází od Roberta Hooka, on však pozoroval mrtvé
buňky (pouze buněčné stěny). První, kdo pozoroval živé buňky (nálevníky, bakterie)
byl Holanďan Anton van Leeuwenhoek.
Ve 30. letech 19. století byla zformulována buněčná teorie, vycházející
z poznatku, že všechny organismy jsou složené z buněk a že buňka je
elementární živou soustavou. Autorem je Schwann
a nezávisle na něm také J. E. Purkyně.
1665 – R. Hook objevil rostlinnou buňku
1838 – Schleiden popsal rostlinnou buňku
1839 – Schwann popsal živočišnou
buňku
Buňka
může představovat:
1.
samotný organismus (např. u trepky velké)
2.
nebo jen část celku neschopnou samostatného života (např. buňka nervová)
Buněčné struktury:
a)
buněčné povrchy – oddělují buňku od okolí, umožňují vytvoření vnitřního prostředí buňky,
chrání buňku
b)
cytoplazma – základní hmota vyplňující buňku
Existují dva typy buněk:
Prokaryotická buňka
-
z řec. pro (=před) a karyon (=jádro) je označení pro evolučně staré
organismy
*patří sem archea, bakterie, sinice a
prochlorofyta
Eukaryotická buňka
-
jádro od základní cytoplasmy odděluje
jaderná membrána, kromě cytoplazmatické membrány obsahují vnitrobuněčný membránový systém
(organely ER, GA,…)
-
jejich buněčná stěna obsahuje buď celulózu
(u rostlin) nebo chitin (u hub)
-
bičíky mají mnohem složitější stavbu než bičíky bakteriálních buněk
*patří sem prvoci, rostliny, houby, živočichové
Prokaryotická buňka
|
Eukaryotická buňka
|
menší, 1 – 2 (někdy až 10) μm
|
větší, 10 – 100 μm až desítky cm
|
minimum organel jednoduché stavby
|
větší počet organel vnitřně
strukturovaných
|
organely nejsou ohraničeny biomembránami
|
organely oddělené od cytoplazmy
biomembránou, vnitřek rozdělen na kompartmenty
|
jedna cyklická molekula DNA
|
DNA členěná na více lineárních úseků
|
dělení zaškrcováním buňky
|
dělení mitózou a meiózou
|
buněčná stěna z peptidoglykanů
|
buněčná stěna z polysacharidů
|
metabolismus velmi intenzivní, probíhá
především v cytoplazmě
|
metabolismus lokalizován převážně
v organelách
|
nikdy netvoří mnohobuněčné organismy (ani
tkáně), nanejvýš kolonie
|
tvoří mnohobuněčné organismy
|
tvar kulovitý nebo tyčinkovitý
|
tvar oválný, kulovitý, kubický,
cylindrický, dlaždicovitý, laločnatý nebo hvězdicovitý
|
\
Buněčné povrchy
-
tvoří je zejména plazmatická membrána a buněčná stěna
(cyto)plazmatická membrána – polopropustná, funkce příjem
a výdej látek a chování buňky podle podnětů z prostředí
buněčná stěna – je pro většinu látek propustná, nenachází se u
živočišných buněk, je pevná a určuje tvar buňky, nemají živočichové
Prokaryotní buňka
Prokaryota
patří mezi nejstarší organismy na
Zemi, jejich stáří se odhaduje na 3,5 miliard let. Živý obsah buňky se nazývá protoplast (útvar vzniklý
enzymatickým odstraněním buněčné stěny). Prvkovým a molekulárním složením se
buňka prokaryotická neliší od buňky eukaryotické.
Šest hlavních biogenních prvků (C, O,
N, H, P, S) a také čtyři hlavní biomolekulární látky (bílkoviny,
nukleové kyseliny, polysacharidy a lipidy) tvoří asi 97% sušiny.
-
velikost do 2 μm (sinice až do 10 μm), menší než eukaryotická (eukaryotická
začíná od 10 do 100μm), má kulovitý
nebo oválný tvar (poměrně velký povrch v poměru k objemu – velká
plocha pro kontakt s vnějším prostředím => velmi rychlá látková výměna), chybí většina membránových
struktur (žádné ER, žádné chloroplasty – jen tylakoidy má,…)
Stavba prokaryotické buňky:
v každé prokaryotické buňce
najdeme 4 základní složky: nukleoid,
ribozomy, cytoplazmu, cytoplazmatickou membránu
Nukleoid
(nepravé jádro) - jedna kružnicová
dvoušroubovice DNA, nukleoid volně uložen v cytoplasmě,
počet genů 3500-5000
genů, chybí jaderný obal (membrána), jedna molekula představuje jeden
chromozom – prokaryotní organismy jsou haploidní
Ribozomy - kulovitá tělíska pouze
v cytoplazmě (buňka nemá organely) z RNA + bílkovin, několik
set až tisíc v buňce, probíhá v nich proteosyntéza = syntéza
bílkovin – jsou na nich vazebná místa pro molekuly RNA, největší hustota
ribozomů kolem jádra → proteosyntéza, rychlá translace (15 aminokyselin za
sekundu), mohou být přisedlá k membráně nebo volná, nejsou ohraničeny
biomembránou, menší než u eukaryotické buňky, skládají se ze dvou
podjednotek:
malá
podjednotka – 1 molekula RNA,
21 molekul bílkovin
velká
podjednotka – 2 molekuly RNA,
34 molekul bílkovin
Cytoplazma –
viskózní, koncentrovaná směs koloidních a krystaloidních roztoků organických
(hlavně bílkovin) a anorganických látek, vysoká koncentrace substrátů,
produktů a enzymů, proměnlivé složení, polotekutá hmota, vyplňuje celý obsah buňky, prostředí pro metabolické děje, často obsahuje
kapénky nebo krystalky odpadních nebo zásobních látek, tzv. buněčné inkluze, např. glykogen, kyselina
poly – β – hydroxymáselná (zdroj energie a uhlíku), volutin (zásoba
fosfátu), kapénky síry (sirné bakterie), tekutá složka cytoplazmy se nazývá cytosol
Cytoplazmatická membrána – většinou jediná membrána
v prokaryotické buňce, izoluje vnitřní prostředí buňky od vnějšího, je semipermeabilní (reguluje
transport látek mezi buňkou a okolním prostředím, tloušťka 5 – 9 nm, u
některých prokaryot je místem metabolických dějů (enzymy dýchacího
řetězce – nahrazuje činnost mitochondrie - , aparát pro fotosyntézu, enzymy pro
syntézu lipidů, atd.), model fluidní mozaiky (proměnlivé seskupení
molekul) – membrána je polotekutá a bílkoviny se v ní pohybují, při nízké
teplotě se tento pohyb zastavuje, možné oddělení či včlenění její částí → je plastická,
na povrchu se vytváří membránový potenciál (elektrické napětí)
jako důsledek rozložení částic s různým
nábojem na vnější a vnitřní straně biomembrány, změny potenciálu důležité pro činnost
buňky
Složení:
o
z dvojvrstvy
fosfolipidů uspořádaných tak,
že řetězce mastných kyselin (hydrofobní
konce) směřují k sobě a fosfátové části (hydrofilní konce) směřují od sebe
o
z molekul
bílkovin (integrální =
vnitřní a periferní = povrchové) zčásti nebo úplně zanořených do dvojvrstvy
fosfolipidů (vmezeřené), více jich je na vnitřní straně, na bílkoviny se mohou
vázat sacharidy (glykolipidy a glykoproteiny) → tvoří glykokalyx
Buněčná stěna – nachází se u většiny
prokaryotických buněk (výjimku tvoří mykoplazmata), tuhý obal, uděluje buňce tvar,
mechanicky jí ochraňuje před vlivy
vnějšího prostředí, je pórovitá
a permeabilní (plně
propustná), tvořena peptidoglykanem
(murein, pseudomurein), do peptidoglykanu se mohou ukládat bílkoviny, polysacharidy,
lipidy, kompenzuje vysoký osmotický
přetlak uvnitř buňky
2 typy buněčných stěn bakterií:
§
Grampozitivní (G+) – silná buněčná stěna, dobře barvitelný povrch, Gramovo barvení
anilinovými barvivy → fialová barva
§
Gramnegativní (G-) – slabá buněčná stěna, několik membrán nad sebou, špatně barvitelné,
Gramovo barvení → červená barva
Součástí jen některých prokaryotických buněk:
Plazmidy – charakteristické pro bakterie, malé cyklické
dvouřetězové molekuly DNA v cytoplazmě obsahující geny, nejsou nezbytné pro přežití,
např. geny nesoucí informaci o rezistenci vůči antibiotikům, o konjugaci nebo
pro tvorbu toxinů, může jich být více druhů v různém počtu, mohou
přecházet z buňky do buňky (konjugativní
plazmid), mohou se včlenit do nukleoidu a opět se z něho oddělit (tzv. epizomální plazmid), mohou se
rozmnožovat, využití v genetickém
inženýrství (vektory)
Pouzdro (kapsula) – nad buněčnou stěnou, hydratovaná vrstva především polysacharidů, ale i
bílkovin, lipidů a jiných látek, různě silné, zvyšuje odolnost buňky, některé bakterie ho vytváří při zhoršených
podmínkách
Glykokalyx – další vnější obal, z propletených vláken polysacharidů,
umožňuje přichycení na
různé podklady (např. sliznice)
Bičík – duté vlákno z bílkovin, často mnohonásobně delší
než buňka, stočené do šroubovice, bez biomembrány na povrchu, tvořen z flagelínu (bílkovina podobna
myosinu), v cytoplazmě zakotven bazálním tělískem (dvě kruhovité
destičky otáčející se proti sobě za spotřeby energie), může být jeden nebo
více, umožňuje pohyb buňky
díky otáčení (20 – 500 μm/s), zdrojem energie je protonový gradient
Fimbrie (pilusy) – vlákna z bílkovin
na povrchu buňky, bílkoviny uspořádané do duté šroubovice, počet 1 – 400,
výskyt u gramnegativních bakterií, umožňují konjugací bakterií nebo přilnutí k povrchu
Mesozom – vchlípenina
cytoplazmatické membrány heterotrofních bakterií, funkce není dostatečně známá
(pravděpodobně účast při aerobní respiraci, dělení buňky), pravděpodobně předchůdci
mitochondrií
Chromatofory,
chlorobiové váčky, tylakoidy – váčkovité
vchlípeniny cytoplazmatické membrány, mohou být ohraničené membránou, obsahují fotosyntetická
barviva (bakteriochlorofyl, karotenoidy, chlorofyl) a další složky
fotosystému
Plynové vakuoly
(pseudovakuoly) – u fototrofních buněk, mohou být ohraničené membránou z
bílkovin (jiné složení než cytoplasmatická!), jsou propustné pro vodu a plyny, váčky
nadnášejí buňku (sinice)
Endospora -
klidové stadium bakterie, které se vytváří během nepříznivých podmínek, je
uvnitř buňky
Vznik endospory: bakterie zjistí, že podmínky
jsou špatné → dojde k replikaci DNA → dojde ke vzniku několika obalů
(obalení) kolem jedné kopie DNA, protože se může stát, že jednu kopii
nepříznivé podmínky zničí → přežije
pouze endospora → až ve vhodných podmínkách dojde ke klíčení spory – buňka se
obnoví, doroste a začne se množit
Fyziologie: Výživa a metabolismus
Nepatrná velikost buňky a
její tvar je příčinou velkého poměru
povrchu buňky k jejímu objemu. Tím vzniká velká plocha pro kontakt
buňky s okolím, a proto dochází k rychlé výměně látek.
Vnitřní prostor není oddělen membránami → časté srážky → větší rychlost metabolických dějů (100x
větší spotřeba kyslíku než buňky myokardu). Metabolismus prokaryot je velmi variabilní.
K výživě mohou využívat rozmanité substráty a volit alternativní
metabolické dráhy. Vyskytují se u nich různé kombinace energetické a uhlíkaté
výživy: chemoheterotrofie, chemoautotrofie, fotoautotrofie
i fotoheterotrofie (některé probíhají jen u bakterií). Díky těmto
uvedeným vlastnostem jsou prokaryotické organismy velmi životaschopné.
Rozmnožování – buněčným dělením: replikace kružnicové DNA
(nukleoidu)→ (vznik dvou shodných kopií) → vytvoření příčné přepážky →
rozdělení buňky (NE mitóza, NE meióza)
a)
připojení nukleoidu k mesozomu (potřeba enzymů)
b)
replikace
jaderné DNA → vznik 2 kružnicových molekul
d)
dceřiné
buňky se navzájem oddělí (působením hydrolytických enzymů)
Rostlinná buňka:
velikost 0,01 – 0,1mm (= 10-100mikrometrů, u některých řas až několik cm,
pryšcovité rostliny – mléčnice – až několik metrů)
→ Ve srovnání s živočišnými buňkami mají rostlinné nižší tvarovou
rozmanitost i funkční specializaci. Liší se od nich třemi hlavními znaky:
přítomností buněčné stěny, vakuol a
plastidů.
Buňky
mnohobuněčných rostlin se během svého života postupně diferencují (rozlišují) a
stávají se součástí pletiv.
Buněčná stěna
-
ohraničuje rostlinné buňky (s
výjimkou pohlavních buněk – gamet - které ji nemají)
-
buněčné stěny dodávají buňkám potřebnou pevnost, podmiňují jejich tvar
a chrání živý obsah buňky = protoplast
(ochrana zejména před enzymy choroboplodných = patogenních mikroorganismů a škodlivými látkami v prostředí)
-
buněčná stěna ovlivňuje komunikaci a výměnu
látek s okolními buňkami
-
některé typy rostlinných buněk
se stávají plně funkčními až po odumření protoplastu (hlavně vodivé elementy
dřeva)
-
základní složkou buněčné stěny rostlin (a
některých hub) je polysacharid celulóza (vytváří podstatu rostlinné vlákniny,
chrání před rakovinou tlustého střeva, podílí se na snižování hladiny
cholesterolu,…), která v podobě mikrofibril
o tloušťce 10-25nm vytváří celulózovou
kostru buněčné stěny, doplněnou hlavně hemicelulózami
a pektiny
-
mikrofibril jsou velmi odolné
v tahu a jejich orientace v buněčné stěně výrazně ovlivňuje směr, kterým buňka roste (každá buňka se prodlužuje ve víceméně kolmém směru
k orientaci celulózových mikrofibril)
-
Hemicelulózy – různorodá skupina
polysacharidů, liší se od celulózy jiným chemickým složením a kratšími řetězci,
často zásobní funkce
-
Pektiny – silně hydratované
polysacharidy, přítomné kromě buněčné stěny i v buněčné šťávě vakuol, ve
větší míře se hromadí v dužnatých plodech (jablka, citrony,…)
-
pektiny výrazně ovlivňují zdraví člověka zejména tím, že vážou toxické látky v trávicím ústrojí (zejména těžké kovy),
příznivě ovlivňují skladbu střevní mikroflóry, čímž zlepšují procesy trávení, a regulují koncentraci cholesterolu v krvi
-
v buněčné stěně složitý labyrint volných prostorů, do nichž může
vstupovat voda, ionty i menší molekuly
-
tyto prostory sousedních buněk jsou vzájemně propojeny a tvoří tzv. apoplast, který je významnou transportní dráhou v těle rostliny
-
Syntéza celulózy probíhá v cytoplazmatické membráně, ostatní složky
buněčné stěny (hemicelulózy, pektiny, proteiny) vznikají v Golgiho aparátu
a endoplazmatickém retikulu.
živý
obsah buněk = protoplast je
ohraničen cytoplazmatickou membránou
Vlastnosti
buněčné stěny:
impregnace – je-li buněčná stěna prostoupena organickými látkami,
jde o impregnaci;
organické
látky: hlavně lignin (z lat. lignium
= dřevo) – složitý, v přírodě velmi rozšířený nerozpustný polymer
fenolického typu, který podmiňuje dřevnatění
(lignifikace) buněčné stěny;
ukládání ligninu zvyšuje její pevnost (proto je ve zvýšené míře obsažen ve
stěnách buněk s mechanickými funkcemi)
Lignin se vyskytuje pouze u cévnatých
rostlin – předpokládá se proto, že v evoluci suchozemských cévnatých
rostlin sehrál významnou roli (umožní existenci rostlin se složitě rozlišeným
tělem větších rozměrů)
Kutin, suberin (z lat. suber = korek) a vosky jsou látky tukovité povahy, obsažené v buněčných
stěnách; jsou součástí vnějších
ochranných pletiv rostlin; brání
hlavně ztrátám vody
(např. suberin lze snadno prokázat v korkovém
pletivu na povrchu bramborové hlízy)
inkrustace – ukládání anorganických látek v buněčné stěně
(např. oxid křemičitý u přesliček)
Stavba – 3 vrstvy: střední lamela, primární stěna, sekundární stěna
§
Střední lamela – spojuje stěny dvou sousedních buněk, obsahuje mezibuněčný tmel –
umožňuje soudržnost a pevnost rostlinných pletiv, tvořena pektiny, rozrušení
střední lamely vede k uvolnění jednotlivých buněk (přirozeně při dozrávání
dužnatých jablek – př. moučnatění jablek)
§
Primární stěna – ke střední lamele přiléhá primární stěna, tvořena hlavně z celulózy,
hemicelulóz a pektinů, je pružná, tvořena sítí mikrofibril, roste do plochy intususcepcí
(tj. přidávání nových mikrofibril mezi existující sítě) – to umožňuje
prodlužování buněk během růstu jednotlivých částí rostlin.
Většina rostlinných buněk má pouze primární stěnu. Po ukončení
růstu však mohou některé buňky (hlavně vodivých a mechanických pletiv) směrem
dovnitř vytvářet sekundární stěnu, která bývá s primární stěnou výrazně
silnější
§
Sekundární stěna – u nerostoucích buněk, není pružná, mikrofibrily jsou uspořádány do
svazků, jejichž uspořádání je pravidelné a zřetelně vrstevnaté, růst jen
tloustnutím = apozice (přikládání nových vrstev) směrem dovnitř buňky
→ redukce vnitřního prostoru, např. sklereidy = kamenné buňky (extrémně
ztloustlá buněčná stěna), tloustnutí může být pravidelné nebo nepravidelné =
částečné (schodovitě, šroubovitě, kruhovitě nebo tloustnutí jen na hranách –
např. kolenchym)
§
Plazmodesmy – komunikační kanálky, průměr 60 nm, jsou to otvory, kterými prochází
z jedné buňky do druhé tenká vlákna protoplazmy, prochází i ER, umožňují
vzájemnou komunikaci buněk a výměnu látek, v místech větší hustoty
plazmodesmů nedochází k ukládání sekundární stěny a vznikají zde
ztenčeniny – tzv. tečky, u primitivnějších rostlin jsou obdobou
plazmodesmů tzv. póry
Symplast – celek, který vzniká díky
tomu, že pomocí plazmodesmů jsou všechny protoplasty všech buněk propojené
Apoplast – patří sem buněčná stěna a
mezibuněčné prostory
Impregnace – ukládání organických látek
(lignin → dřevnatění = lignifikace, suberin → korkovatění = suberinizace,
vylučování kutinu na vnější stěnu buněk → kutinizace)
Inkrustace – ukládání anorganických látek
(CaCO3, Mg)
Cytoplasmatická membrána (plazmalema)
-
velmi tenká, dvojitá – dvojvrstva fosfolipidů krytá bílkovinami (mnohé
patří mezi enzymy)
-
semipermeabilní
-
ochranná funkce, řídí výměnu látek
schéma stavby biomembrány:
Základní cytoplasma (cytosol)
-
vyplňuje vnitřek buňky, obsahuje:
a)
bezbarvá viskózní hmota, která je prostředím pro existenci vnitrobuněčných
složek
b)
obsahuje anorganické látky (voda, ionty, …)
c)
organické látky (sacharidy, lipidy a velké množství proteinů)
-
vytváří prostředí pro metabolické děje (biochemické reakce, např.
glykolýza,…)
-
je stále v pohybu, tvoří ji trojrozměrná síť vláknitých bílkovinných
útvarů = cytoskelet (vnitřní
„kostra“ buňky) – vyskytuje se u všech eukaryot
-
hlavními složkami cytoskeletu jsou vláknité mikrofilamenty (filamentum = vlákno, nit) a trubicovité mikrotubuly (tubulus = trubice)
-
cytoskelet neurčuje vnější tvar buňky, ale její vnitřní uspořádání
-
cytoskelet má opornou funkci a také odpovídá za vnitrobuněčný transport
organel (např. chloroplastů), chromozomů, membránových váčků,…
-
cytoskelet je nezbytný při jaderném a buněčném dělení (jeho součástí je
také jaderný mikrotubulární aparát – dělící vřeténko)
Cytoplazmatické struktury:
buněčné
jádro, ER, GA, semiautonomní organely, ribozomy, lysozomy, vakuoly, fibrilární struktury
(cytoskelet)
Jádro (nukleus, karyon)
-
řídící centrum každé eukaryotické buňky
-
největší organela (10-20μm)
-
je tam převážná většina genetické informace potřebné pro růst a vývoj celé
rostliny, je uložena v jaderné DNA (zbývající část DNA je v mitochondriích
a plastidech)
-
je tvořeno karyoplazmou
karyoplazma – obsahuje chromatin tvořený
deoxyribonukleovou kyselinou s navázanými proteiny
z chromatinu se při jaderném dělení tvoří chromozomy (počet, tvar a velikost jsou
druhově specifické)
-
uvnitř jádra 1 až 2 jadérka (= nucleolus), v jadérku se vytvářejí ribozomy
Jaderná membrána
-
na povrchu jádra
-
v jaderné membráně jsou četné póry, které umožňují transport látek
mezi jádrem a cytoplasmou (RNA,
proteiny,…)
-
přechází v membránový systém ER
Endoplazmatické retikulum (retikulum =
síťka)
-
složitá soustava vnitřních membrán tvořená navzájem propojenými kanálky,
váčky i cisternami (tj. větší ploché membránové vaky), ER má významnou
syntetickou funkci a transportní systém,
na
vnější ER se mohou vázat ribozomy (na nich syntéza bílkovin = proteosyntéza) → DRSNÉ
ER
část
ER bez ribozomů, propojuje ER s GA a zajišťuje mezi nimi transport
makromolekul → HLADKÉ ER
Golgiho aparát (G-komplex) -
tvoří několik 4-8 membránových cisteren uspořádaných ve sloupcích, hlavní
funkcí je příjem lipidů a proteinů (které byly syntetizovány
v ER) určených pro výstavbu membrán → upravené látky jsou
prostřednictvím váčků odškrcovaných
z GA transportovány na místa
určení (např. k plazmatické membráně či do vakuol)
místo tvorby polysacharidů, které jsou obsaženy
v buněčné stěně (hlavně hemicelulózy a pektiny)
Otázka:
v Golgiho systému probíhá:
a)
Krebsův cyklus
b)
dýchací řetězec
c)
posttranslační úprava proteinů
d)
fotolýza vody
Semiautonomní
organely:
1.
Mitochondrie
2.
Plastidy - Chloroplasty a
Leukoplasty
-
u těchto organel se předpokládá, že vznikly na základě symbiózy mezi
předkem eukaryotických organismů s organismy prokaryotickými (vznikly Endosymbiózou)
-
mají vlastní kružnicovou DNA, jsou schopny proteosyntézy pomocí vlastních
ribozomů prokaryontního typu, rostou
a dělí se nezávisle na hostitelské buňce, probíhá v nich energetický
metabolismus, velikostí se podobají bakteriím
Mitochondrie (mítos = nit,
chondríon = zrníčko)
-
podlouhlé až kulovité organely, počet v buňce může dosahovat řádově
stovek
-
obal mitochondrie je tvořen dvěma membránami
a.
vnější je hladká
b.
vnitřní membrána vybíhá směrem do nitra organely v podobě vchlípenin žebrovitého tvaru = kristy
-
základní funkcí mitochondrie je aerobní
dýchání spojené s rozkladem
organických látek (celulózy) na CO2
a H2O a s tvorbou univerzálního „buněčného platidla“ –
kyseliny adenosintrifosforečné (ATP)
→ prostřednictvím ATP kryje buňka téměř všechny své energetické potřeby
→ v mitochondriích se uvolňuje energie
z chemických látek → jsou to tedy energetická
centra buňky
-
mitochondrie jsou v buňce v neustálém pohybu, často dochází
k jejich splývání a dělení
Existují důkazy, že mitochondrie vznikly před 3,5 mld let
pohlcením aerobní bakterie primitivní anaerobní eukaryotickou buňkou. Obdobně
vznikly později i chloroplasty - ty však
pohlcením fotosyntetizující bakterie (geny chloroplastů jsou velmi podobné
genům sinic, ze kterých se podle všeho chloroplasty vyvinuly)
Otázka: Mitochondrie jsou organelou:
a)
anaerobní glykolýzy
b)
s vlastní DNA
c)
aerobní glykolýzy
d)
s jednoduchou biomembránou
Plastidy - charakteristické organely rostlinných buněk, na povrchu kryté
dvojitou membránou, vznikají dělením z již existujících plastidů
Dělení
plastidů podle převládajících barviv:
§
bezbarvé leukoplasty
§
chromoplasty s převahou karotenoidů
§
chloroplasty s barvivy chlorofyly
Dělení
podle zásobních látek:
§ amyloplasty
(obsahují škrob)
§ proteinoplasty (hromadí zásobní bílkoviny)
aj.
v buňkách
dělivých pletiv se plastidy vyskytují ve formě tzv. proplastidů, které mají
nevýraznou vnitřní strukturu. V buňkách trvalých pletiv se podle světelných podmínek diferencují
v některý typ plastidů:
§
Při dostatečném osvětlení se
postupně tvoří v proplastidech systém tylakoidů
a vznikají chloroplasty
§
při podzemním klíčení semen nebo
růstu rostlin ve tmě se proplastidy
mění na etioplasty
§
V buňkách bez chlorofylu (v
zásobních pletivech) se z proplastidů tvoří leukoplasty.
§
Ve stárnoucích buňkách se chloroplasty mohou měnit na chromoplasty
Chloroplasty (řec. chlorós = zelený)
-
zelené, fotosynteticky aktivní
plastidy v zelených částech rostlin
-
u vyšších rostlin mají často čočkovitý tvar (o šířce 2-5μm)
-
v každé buňce jich bývá obvykle několik desítek (kolem 40
chloroplastů)
-
mohou se v buňce pohybovat a zaujímat co nejvhodnější polohu
k maximálnímu využití dopadající sluneční energie
-
u řas se často vyskytují velké chloroplasty (někdy pouze jediný v celé
buňce), větší počet chloroplastů z hlediska rychlosti fotosyntézy
výhodnější – větší povrch usnadňuje transport CO2 dovnitř chloroplastů
Stavba chloroplastu:
-
vnitřní membrána chloroplastu vytváří systém plochých váčků = tylakoidů (řec. thylakos = vak, eidos =
vzhled) – v nich jsou umístěna fotosyntetická
barviva umožňující zachycení a přeměnu sluneční energie na energii
chemických vazeb
-
skupiny nad sebou umístěných tylakoidů = grana (jako sloupečky mincí)
-
vnitřek chloroplastu vyplňuje
základní hmota = stroma (probíhají
tam některé děje fotosyntézy)
Barviva:
-
hlavním fotosyntetickým barvivem je chlorofyl,
existuje v několika typech (a, b, c)
-
ve všech zelených rostlinách je chlorofyl
A vždy v kombinaci s B nebo C
při stárnutí
listů, stonků či plodů ztrácejí chloroplasty vlivem rozkladu chlorofylu zelenou
barvu a mění se na chromoplasty
(proces nápadný při dozrávání šípku nebo rajčat)
v parcích,
zahradách i v domácnostech se pěstují rostliny (pelargonie, javor
jasanolistý aj.) s listy bíle nebo nažloutle pruhovanými, skvrnitými,
lemovanými – nerovnoměrné zbarvení listů je podmíněno velmi malým obsahem
chlorofylu a označuje se jako panašování.
panašované rostliny vyžadují dostatek světla, při zhoršení světelných podmínek
se často kresba ztrácí a vznikají běžné zelené listy
Chromoplasty (řec. chróma = barva)
-
fotosynteticky neaktivní
plastidy žluté, oranžové nebo červené
barvy – podmíněno přítomností červených až oranžových karotenů (lat. carota = mrkev) a žlutých xantofylů (řec. xanthós = žlutý)
karoteny a xantofyly tvoří skupinu karotenoidů, které patří mezi lipochromy
(barviva rozpustná v tucích a jejich rozpouštědlech)
-
chromoplasty se vyskytují ve zralých plodech, v květech, barevně se
uplatňují v podzimním listí,
někdy i v kořenech (např. mrkev), díky nápadnému zbarvení napomáhají při
opylování květů či rozšiřování plodů prostřednictvím živočichů
Leukoplasty (řec. leukós = bílý)
-
neobsahují žádná barviva ani
systém tylakoidů
-
hromadí rozmanité látky – zejména škrob, oleje a bílkoviny
-
nejhojnějším typem leukoplasty hromadící škrob = amyloplasty (řec. ámylon = škrob)
-
škrob je nejrozšířenější zásobní látkou zelených rostlin (po celulóze druhá nejhojnější přírodní
organická látka)
ve stromatu chloroplastů vzniká tzv. asimilační škrob, ten je ve tmě
rozkládán na jednoduché sacharidy a převáděn do amyloplastů, kde se ukládá jako
zásobní škrob
-
v amyloplastech se škrob ukládá v nestejně silných často
excentricky uspořádaných vrstvách
-
škrobová zrna jsou z hlediska tvaru i
velikosti velmi proměnlivá, charakteristická pro určitý rostlinný druh
-
Leukoplasty se nacházejí hlavně v zásobních
orgánech rostlin (hlízy, kořeny, stonky),
v semenech a v kořenové čepičce, která kryje vzrostný vrchol kořene
Vakuoly
-
drobné i větší útvary ohraničené polopropustnou membránou zvanou tonoplast; přes něj probíhá transport látek dovnitř vakuoly i
opačným směrem
-
tonoplast se vytváří z endoplazmatického retikula (ER), (zpravidla za účasti Golgiho
aparátu)
-
v buňkách dělivých pletiv bývá několik drobných vakuol, které s vývojem buněk postupně splývají, takže v dospělých buňkách se zpravidla
nachází jen jediná centrální
vakuola, zaujímající až 90% objemu
buňky
-
vakuoly vyplňuje buněčná šťáva
– vodný roztok různých organických a anorganických látek; tento roztok je
relativně koncentrovaný,
v porovnání s roztokem nacházejícím se ve vnějším prostředí buňky
(tj. v prostorech buněčné stěny)
-
ze zásobních látek jsou
v nich obsaženy zejména sacharidy
a bílkoviny, meziprodukty látkové
výměny (aminokyseliny, organické
kyseliny aj.), z druhotných produktů látkového metabolismu také
alkaloidy, třísloviny, barviva atd.
-
vakuoly mají schopnost odbourávat
různé látky, jako např. proteiny či nukleové kyseliny, plní rovněž nezastupitelnou úlohu ve vytváření turgoru (míra napnutí samotné buňky,
která vzniká na základě osmotického tlaku) rostlinných buněk
-
při dostatečně vysoké
koncentraci látek se ve vakuole mohou tvořit i krystaly
např. jedovatá kyselina
šťavelová reaguje s ionty
vápníku na neškodný šťavelan vápenatý, látky obsažené ve vakuole
jsou přitom toxické nejen pro rostlinu, ale i pro býložravce, parazity či
patogeny, a mají tak důležitou roli v obraně rostliny před uvedenými
skupinami organismů
-
v buněčné šťávě vakuol jsou obsažena barviva rozpustná ve vodě, patřící
mezi hydrochromy (řec. hydór = voda), jejich nejdůležitější
skupinou jsou antokyaniny (z řec.
anthós = květ); mají značné rozšíření v přírodě, kde spolu s dalšími
typy barviv přispívají k nesmírné barevnosti
a kráse světa rostlin
Antokyaniny zbarvují
např. modře květy pomněnek, červeně květy máků či růží, dále jsou obsaženy
v mnohých plodech – ptačí zob, černý rybíz, aj.
Podle reakce
buněčné šťávy vakuol, tj. podle její kyselosti nebo zásaditosti, se mění barva antokyanů – jejich kyselé roztoky
bývají červené, neutrální fialové a zásadité modré.
Živočišná buňka
- velikost
10-20 μm (některé nervové buňky až
4μm, ale př. vaječná buňka je větší)
- nervová vlákna (spoje nervových buněk)
mohou mít až několik decimetrů
- mají ji jednobuněční i mnohobuněční živočichové
- v některých buňkách mohou být 2 jádra (makronukleus a mikronukleus –
k rozmnožování např. nálevníků)
- obsahuje
také bezjaderné buňky (červené
krvinky u savců)
u
živočišné buňky není buněčná stěna
Stavba
živočišné buňky:
Cytoplazmatická membrána
-
izoluje vnitřní prostředí buňky od vnějšího
má stejnou strukturu jako membrána prokaryotických buněk – je složena
z dvojvrstvy fosfolipidů tak, že řetězce mastných
kyselin (hydrofobní konce) směřují k sobě a fosfátové části (hydrofilní
konce) směřují od sebe, v biomembráně jsou jak na povrchu, tak i vmezeřeny
molekuly bílkovin (integrální = vnitřní a periferní = povrchové)
-
navíc je zde cholesterol, který zpevňuje cytoplazmatickou membránu (u prvoků
zpevněná biomembrána = pelikula)
Funkce: polopropustná = semipermeabilní (reguluje přenos látek
z vnějšího prostředí do buňky a naopak, je nepropustná pro iontové a
polární látky), ochranná, udržuje pevnost a tvar, přenos
látek a informací
funkce membránových bílkovin:
specifický transportní kanál (přenašeče) – iontové kanály (např. nervové
buňky), enzymatická funkce (enzymy – biokatalyzátory, změna látky A na látku B
a látka B může plnit funkci nějakého posla-
přenos vzruchu dále. může vést
k cílené expresi genu atd…) a funkce specifického receptoru (zámek + klíč,
klíč – hormon – vede signál do buňky), antigenní
struktury (antigeny – 3D struktury na buňkách, skládají se ze základní
bílkovinné struktury – na tom základu se mohou uspořádat cukerné zbytky – tvoří
glykokalyx (specifická 3D mapa buňky) podle toho je pak buňka rozlišovaná
vlastním systémem), adhezní funkce
(pevné buněčné adheze - existence pohromadě,
např. kůže se neodlupuje, drží pospolu) ukotvení – kotevní proteiny umožňující
propojení k cytoskelet (cytoskeletální vlákna – tvar buňky)
Cytoplazma
-
viskózní koncentrovaný roztok
obsahující molekuly organických (nízkomolekulární – cukry, tuky, aminokyseliny
a vysokomolekulární – bílkoviny) i anorganických látek (Mg2+,
K+, Cl-, HCO3-, PO4-)
-
vyplňuje celý obsah buňky – vytváří životní prostředí pro ostatní
organely, mění se složení, často obsahuje kapénky nebo krystalky odpadních
látek
-
udržuje tvar buňky a spolu s cytoplazmatickou membránou umožňuje výměnu látek, zajišťuje přesuny živin
uvnitř buňky
-
probíhají v ní biochemické pochody (anaerobní
glykolýza, částečně přeměna bílkovin, atd.)
pH = 6,8
– 7
2 typy cytoplazmy v každé buňce:
o
hyaloplazma – blíže okraji, má větší hustotu, žádné nebo málo organel
o
granuloplazma – blíže jádra, řídká, hodně organel
Cytoskelet (cytoskeletální systém)
-
„kosterní“ a „svalová“ soustava
buněk dohromady – umožňuje pohyb, opěrná funkce, tvar
-
je složen z vlákének
(mikrofilamentů) a trubiček (mikrotubuly), v buňce tvoří svazky, které se
mohou zkracovat a prodlužovat a umožňují tak pohyb struktur uvnitř buňky
-
součástí je také jaderný mikrotubulární aparát (dělící vřeténko)
o
Mikrotubuly – bílkoviny tvořené tubulinem, tvoří některé organely
(bičík, centriola, dělící vřeténko), zajišťuje pohyb organel a transport
látek v buňce
o
Mikrofilamenta – dvojité řetízky z bílkovin aktinu
a myozinu, umožňují pohyb cytoplazmy (panožky, dělení buňky)
-
tubuliny organizovány do řasinek
nebo bičíků (umožňují pohyb, např. prvoci)
Jádro (nukleus, karyon, karyoplasma)
-
kulaté tělísko uvnitř jádra
v počtu od 1 do 4, největší organela
-
je ohraničeno dvojitou membránou
(oddělení od cytoplasmy, některé části propojení membránu s drsným ER),
mezi nimi je perinucleární
prostor,
-
může obsahovat i více jadérek,
(jadérko funkční část jádra než organela) jadérko mizí na začátku buněčného
dělení, jaderné póry – specifické struktury v dvojité membráně, které
umožňují komunikaci jádra s okolím
-
vnitřek jádra vyplňuje karyoplazma
-
karyoplasma obsahuje DNA – chromatin
(komplex DNA a proteinů - natažený, nejde ho vidět, při dělení buňky se
spiralizuje a pak jde vidět jako chromozom)
-
euchromatin (aktivně
transkribovány geny), heterochromatin (kondenzovaná část, obsahuje „vypnuté“
sekvence genů, nejsou aktivně transkribovány)
-
člověk má 46 chromozomů (2 sady,
23 párů)
-
haploidní a diploidní buňky
-
obsahuje chromozomy, je to místo
intenzivní proteosyntézy[1]
hlavně všech typů RNA, podílejí se na ní ribozomy
Ribozomy
-
nemembránové organely, drobné
kulovité útvary, stočené molekuly RNA, kromě erytrocytů se nacházejí
v každé buňce, stavba prokaryotického a eukaryotického ribozomu se liší
-
jsou buď vázány na
endoplazmatické retikulum a produkují bílkovinu pro potřebu organismu, nebo
jsou volně v cytoplasmě a produkují bílkoviny pro vlastní potřebu buňky
-
tvorba a syntéza bílkovin, má
velkou a malou podjednotku
Bílkoviny:
primární
struktura (pořadí aminokyselin)
sekundární
struktura (alfa helix - šroubovice a beta hřeben - skládaný list)
terciární (3D)
kvartérní
(více vláken z terciární struktury, už hotová bílkovina, př. hemoglobin)
Endoplazmatické retikulum (reticulum = síť)
-
síť membrán – vzájemně propojené
váčky a tubuly opatřené jednotkovou membránou)
-
souvisí s obalem jádra
(navázáno na perinukleární prostor) a zároveň komunikuje se zevním prostředím
buňky, nachází se v cytoplasmě
-
upravuje produkty z ribozomů,
podílí se na syntéze sacharidů a lipidů a na přenosu vytvořených látek
Drsné (Hrubé, Zrnité) – na povrchu jsou vázány ribozomy, proteosyntéza, posttranslační
modifikace[2], typická
pro buňky, které hodně produkují proteiny (např. trávicí enzymy ve slinivce
břišní)
Hladké – tvorba glykogenu a tuků (syntéza glykolipidů,
steroidních hormonů – informační makromolekuly, nejsou bílkovinné povahy –
kortikosteroidy, estrogeny), syntéza membránových fosfolipidů, detoxikace,
bohatá enzymatická výbava (posttranslační modifikace proteinu)
-
některé buňky nemusí mít ani
hladké, ani drsné ER (buňky, jejichž hlavní funkcí je být strukturní částí
apod.)
Golgiho aparát
-
podobná stavba jako ER, soustava
měchýřků propojených kanálky, vzniká odškrcením z endoplazmatického
retikula
-
váčky s buněčnými produkty,
nacházejí se v blízkosti jádra a slouží k „dozrávání“ buněčných produktů
(modifikace produktů ER)
(glykosilace proteinů, cukerné
zbytky, produkt může vylučovat ven - exokrinní buňka – exocytóza), nebo protein do membrány buňky, tam splyne a protein se
dostává tam, kam patří…
-
vazba cukrů s lipidy a
proteiny, tvorba škrobu, distribuce měchýřků (vezikul) – sekreční dráha
Lysozomy
-
membránové organely, navazují na
Golgiho komplex, váčky, ve kterých dochází k vnitrobuněčnému trávení:
-
cisterny obsahující přes 50 hydrolytických enzymů (trávicí nebo
degradační – degradace všeho, co nepotřebuje – proteiny, DNA, lipidy,
proteiny,…) sloužících k rozkladu extra- a intra- celulárního materiálu
(toho, co buňka přijala z prostředí nebo rozklad poškozených organel)
primární (z GA) – váčky s enzymy, bez
materiálu (ještě nepřijal „potravu“)[3]
sekundární – po fúzi s dalšími organelami, vakuolami, apoptóza[4]
terciární – obsahují zbytky materiálu, který nejde rozložit, speciální buňky – bílé
krvinky (pohlcují fagocytózou)
Mitochondrie
-
semiautonomní organela, tyčinkovité
nebo zrnité útvary, které umožňují uvolňování energie v buňce (dýchací
funkce, tvorba ATP a energie)
-
opatřeny dvěma membránovitými
jednotkami, vnitřní membrána vybíhá v kristy,
-
vnitřní hmota = matrix, obsahuje
cirkulární dvouvláknovou DNA, 2-10 molekul DNA v jedné mitochondrii,
v matrix i proteosyntetický aparát, na vnitřní membráně obsahuje enzymy
-
kooperace s jaderným genomem,
geny kódují např. enzymy Krebsova cyklu, enzymy katalyzující buněčné dýchání,…
geny pro mitochondriální tRNA,…
-
„elektrárna buňky“, mitochondrie produkuje
znečištění pro buňku v podobě kyslíkových radikálů
-
sta až desetitisíce v jedné
buňce, genom podobný genomu bakterií (původ – symbióza s archébakteriemi,
endosymbiózy)
-
mitochondriální dědičnost je matroklinní[5],
distribuce do gamet je nahodilá
Typy buněk:
všechno nejdříve z jedné buňky – ze zygoty, v průběhu prvních dělení zygoty byly všechny buňky
schopny se přetvořit na cokoliv – v těchto fázích dělení měly buňky
stejnou genetickou informaci, ale poté začala diferenciální kaskáda, která
buňka bude co
např. buňka svalová – sedí, funguje jako tkáňový buněčný motor, neprodukuje
moc proteinů atd.
buňka ve slinivce – produkce trávicích enzymů atd.
buňky svalového mozku – v dospělosti se už prakticky nedělí
Diferenciace – kvůli genetickému programu, určité části genomu
v buňkách se „zapínají“ nebo „vypínají“
Kmenové buňky – na začátku všechny, nediferenciované
buňky nasměrovány na tkáň, orgánovou soustavu – z hotových buněk ve
svalu se už nikdy kmenovými buňkami nikdy nestanou, budou stále svalové
některé mají ještě zachováno mít schopnost kmenových buněk – např.
krvetvorné buňky v kostní dřeni (diferenciace na červené, bílé krevní řady
atd.)
Housekeeping geny – geny aktivní prakticky ve všech buňkách (nesmí se vypnout, jinak by
nemohla fungovat), geny spojené s mitózou, meiózou, reparací DNA a RNA
buněk atd.
Specifické geny – gen pro inzulín zapnutý ve slinivce, ale vypnutý v mozku (tam není
potřeba)
[1] proteosyntéza – proces, při kterém se
tvoří bílkoviny, skládá se ze dvou kroků: v prvním dochází k přepisu
(transkripci) genetického kódu DNA do mRNA, v druhém dochází
k překladu (translaci) kódu z mRNA a k tvorbě bílkovin.
v lidských buňkách probíhá transkripce v buněčném jádru a translace
v ribozomech
[2] posttranslační modifikace – úpravy
proteinů po jejich nesyntetizování ribozomem – dodávají proteinům nové
vlastnosti, stabilizují jejich konformace, pomáhají regulovat jejich funkce,
atd. …
[3] jsou tam čerstvé
degradační enzymy, který když potom splyne s nějakým váčkem, ve kterém je
fagocytovaný materiál, tak tvoří tzv. sekundární lysozom a tam za ideálních
podmínek probíhá degradace pohlceného materiálu)
[4] apoptóza -
mechanismus sloužící k eliminaci nepotřebných či poškozených buněk –
programovaná buněčná smrt
[5]
matroklinní - předávána pouze po matce, vajíčko obsahuje značné množství
mitochondrií, spermie malá, má je v okolí bičíku kvůli energii na
strastiplnou cestu k vajíčku, ale bičík zůstává před branami a nepodílí se
na stavbě budoucí zygoty
Žádné komentáře:
Okomentovat
Máte-li nějaké otázky, prosím, neváhejte mne kontaktovat